Новости науки |
23.05.02. Исследуя самые тонкие "провода" |
В последние годы появился новый интересный объект исследования -
одноатомные металлические цепочки. Недавно испанские ученые провели изучение электронного
транспорта в одноатомных золотых цепочках.
С физической точки зрения одноатомные металлические цепочки представляют собой наилучшее
приближение к идеальной одномерной металлической системе, c технической - наиболее тонкий
"провод", который только можно себе вообразить. Конечно, в плане практическом плане они не могут
конкурировать с такими "более традиционными" объектами, как углеродные нанотрубки и
полупроводниковые квантовые проволоки (квазиодномерные наноразмерные объекты, в которых
носители заряда локализованы в двух направлениях и могут свободно двигаться только вдоль
проволоки), но их исследование представляют несомненный физический интерес.
Одноатомные цепочки можно сформировать не из любого металла, а - по "прихоти природы" -
только из наиболее драгоценных металлов (см. об этом нашу новость ). Цепочки создаются при
низкой (гелиевой) температуре с помощью туннельного микроскопа - зонд туннельного микроскопа и
подложка изготовляются из одного материала (например, золота). Сначале зонд и подложка находятся в
непосредственном контакте, а потом начинают их медленно раздвигать. Постепенно размер контакта
уменьшается и наступает момент, когда его толщина в самом тонком месте достигает всего одного атома
(см. схематическое изображение процесса формирования цепочек в упомянутой новости ). Таким образом
удается получать одноатомные цепочки длиной до семи атомов.
Ученые из мадридского университета провели исследования электронного транспорта в одноатомных
золотых цепочках различной длины в зависимости от приложенного к контактам напряжения [1].
Известно, что при малом приложенном напряжении проводимость одноатомной цепочки близка к
квантовому пределу 2e2/h. Причем имеющееся сопротивление h/2e2 связано
с наличием "берегов"-электродов, а сопротивление собственно одноатомной цепочке равно нулю -
электрон проходит ее баллистически (без рассеяния). Дело в том, что дефекты, присутствие которых
могло бы приводить к рассеянию электронов, в силу очевидных причин, в одноатомной цепочке
отсутствуют, а неупругое рассеяние на фононах (при низких температурах - с испусканием фонона)
запрещено законами сохранения энергии и импульса. Однако ситуация должна меняться по мере роста
напряжения - с определенного момента электрон оказывается в состоянии испустить фонон (при этом из-
за одномерности системы направление движения электрона меняется на противоположное). Наличие
обратного рассения, естественно, должно приводить к уменьшению проводимости. Испанским ученым,
исследовавшим зависимость проводимости от приложенного напряжения, удалось наблюдать подобный
характер поведения проводимости и пороговый характер возникновения диссипации энергии в
одноатомных цепочках. Также изучалось влияние упругой деформации и было обнаружено, что
растяжение цепочки приводит к существенному увеличению электрон-фононного взаимодействия, что
связано с эффектом "смягчения фононных мод" (уменьшения частот колебаний кристаллической
решетки). Конечно, в силу неидеальности объекта исследования (длина собственно одноатомной цепочки
не превышает 7 атомов, как уже говорилось) система не ведет себя точно так, как следовало бы ожидать в
случае бесконечной одноатомной цепочки, так что для количественного описания электрон-фононного
взаимодействия в тончайших металлических "проводах" и влияния деформации требуются новые
исследования.
Небезынтересно отметить, что плотность тока через тончайший золотой провод достигает
фантастической величины - 109 A/см2, что более чем порядок превышает
критические значения тока, возможные на сегодняшний момент сверхроводниках.
1. Nicolas Argait, Carlos Untiedt, Gabino Rubino-Bollinger, and Sebastian Vieira. Phys.Rev.Lett., v.88,
216803 (2002).
|
|